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清华的教授写了好几种优秀的理论力学教材。清华就是清华,名校毕竟是名校。
上次的“过眼录1”里说过,清华大学理论力学教研组的上、中、下三册《理论力学(第三版)》1对我的教学帮助很大。直到94年,该书才出了第四版2。两版之间,清华还出本单册的教材3。这些书的作者中,只有李萍教授和薛克宗教授后来在会议上见过。如果没有记错,是1996年在山东长岛参加全国理论力学、材料力学课程教学经验交流会。从那时起,我就经常参加各种理论力学教学的会议。不过,整个90年代,多半时间不是在读学位就是在准备读学位的入学考试以及读出学位的博士后阶段,因此,这两套书都没有仔细看过。等我99年博士后出站,才重新开始教学工作。
当时教学界很有影响的是要进行面向21世纪的改革。反映了理论力学上就是更新教学理念和内容以及尝试与材料力学整合为工程力学。清华大学结构屈曲疲劳及其工程应用方面的专家范钦珊教授主编了一套《工程力学教程》,其中的第一卷包括刚体静力学4,第三卷是动力学5。理论力学部分在观念上强调现代动力学的方法和语言。在表达方式方面借鉴了美国教材,纸质好,有彩页,用大量的工程例子,每章开始有导言、结尾有结论和讨论。形式上有让人有耳目一新的感觉。也许是课程的实质性整合受到习惯和体制的限制,多数学校还是分别开设理论力学和材料力学课程,因此范钦珊教授又把该书的理论力学部分单独成书6,纸质也恢复传统,彩页等自然也没有了。该书最近又有新版7。范教授还领衔为应用型大学编著了一本教材8。从前述山东长岛的会议起,我在多次会议上见过范教授,他后来也给我许多鼓励和支持。
从学科属性看,理论力学属于动力学与控制。这方面的专家贾书惠教授,基于自己多年在清华大学讲授理论力学课程和专题讲座的教学经验,写了本理论力学教材9。在选材方面,三维的运动学和动力学分量相对其它工科教材比较重。在处理方式上,比较重视计算机的应用。在教学考虑上,有些思考题很耐人寻味。我在会议上见过贾先生,导师刘延柱教授还向贾先生介绍我是他的博士生,但贾先生未必记得我。
冒昧直言,前述各种理论力学教材,基本仍不出传统的教学体系,而是在传统的体系内臻于至善。在理论力学教学体系方面另辟蹊径的是清华大学李俊峰教授。他的教材《理论力学》10以运动学开篇。运动学中强调解析法,用矩阵描述刚体运动,把刚体运动放在复合运动之前。这种做法在逻辑上更为顺畅,因为坐标系的运动是刚体运动;在教学上,刚体的运动更为具体,学生更容易理解。在点的复合运动之后,还有刚体的复合运动,本质上是角速度和角加速度的合成。随后的第二篇是动力学基本原理和静力学。动力学原理既包括矢量动力学也包括分析动力学。静力学是动力学原理在静止情形的应用,包括以虚位移原理为核心的分析静力学和基于力系简化和平衡的矢量静力学。第三篇是质点系动力学,包括动量和动量矩定理、动能定理和第二轮拉格朗日方程。碰撞问题分别用动量-动量矩定理和拉格朗日方程处理。最后一篇为动力学专题,包括非惯性系中的动力学、变质量系统动力学、机械振动基础和三维刚体动力学基础。俊峰教授曾把还没有出版的讲义送给我,后来也送我出版的教材。该书第二版11出版后,我在书店见到就买了本,先睹为快。第二版除动力学专题篇增加些题材,如哈密顿原理与正则方程等,体系上有些向传统复归。静力学独立成为第二篇,而且是先矢量静力学,后分析静力学。第三篇动力学也把分析动力学作为独立一章,形成质点动力学、质点系动力学和分析动力学三章。新版对教学的考虑更为周全,每章开篇添加了内容提要,在有些章的习题前增加了概念题,增加了一些新的例题。
俊峰教授与我同辈,不仅我们年龄相近,而且从学术师承上看他的博士后联系导师王照林教授是我的博士导师刘延柱教授的好朋友。前述其他清华理论力学教材的作者范钦珊教授、贾书惠教授等则是我导师的好朋友。俊峰教授本科就读北京大学力学专业,想必是学习朱照宣先生等的《理论力学》打下了坚实功底。后来到莫斯科大学数学力学系理论力学教研室攻读博士学位。俊峰教授不仅在航天器动力学与控制研究方面成绩斐然,并负责清华小卫星控制系统的设计,而且对教学很投入。科研教学之余,翻译过风格截然不同的俄罗斯和美国的理论力学教材,我曾经撰文介绍过,参阅“两部理论力学翻译教材”。另外还翻译了朗道的名著《力学(第五版)》。
1 清华大学理论力学教研组罗远祥、官飞、关冀华、李萍等编. 理论力学(上、中、下册)(第三版). 北京:人民教育出版社,1981
2 清华大学理论力学教研组编,罗远祥、官飞、李萍修订. 理论力学(上、中、下册)(第4版). 北京:高等教育出版社,1994
3王烈主编,官飞、薛克宗、纪辉玉、顾扣芬. 理论力学. 北京:清华大学出版社,1990
4 范钦珊主编,范钦珊、薛克宗、王波编著. 工程力学教程(I). 北京:高等教育出版社,1998
5 范钦珊主编,薛克宗、程保荣、范钦珊、刘燕编著. 工程力学教程(III). 北京:高等教育出版社,1998
6 范钦珊主编,范钦珊、薛克宗、程保荣编著. 理论力学. 北京:高等教育出版社,2000
7 范钦珊、陈建平主编,陶秋帆、李明成、浦奎英编著. 理论力学(第二版). 北京:高等教育出版社,2010
8 范钦珊、刘燕、王琪编著. 理论力学. 北京:清华大学出版社,2004
9 贾书惠、李万琼编著. 理论力学. 北京:高等教育出版社,2002
10 李俊峰主编,张雄、任革学、高云峰编著. 理论力学. 北京:清华大学出版社,2001
11 李俊峰、张雄主编. 理论力学(第2版). 北京:清华大学出版社,2010
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